REGULACE COFILINU SIGNÁLNÍ DRÁHOU ERK
|
|
- Eduard Netrval
- před 4 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Studijní program: Biologie Studijní obor: Molekulární biologie a biochemie organismů Jan Rasl REGULACE COFILINU SIGNÁLNÍ DRÁHOU ERK THE REGULATION OF COFILIN BY THE ERK SIGNALING CASCADE Bakalářská práce Školitel: Ing. Tomáš Vomastek, Ph.D. Praha, 2012
2 Děkuji svému školiteli Ing. Tomáši Vomastkovi, Ph.D. a dále Mgr. Josefu Čáslavskému za cenné rady a trpělivost, kterou mi věnovali při psaní této bakalářské práce. Také děkuji své rodině a přátelům za morální podporu, které se mi dostávalo během celého studia. Prohlašuji, že jsem vypracoval tuto práci sám na základě konzultací se svým školitelem a z níže uvedené literatury. Praha,
3 Obsah 1. Seznam použitých zkratek Abstrakt Abstract Úvod Aktin a aktinový cytoskelet Tvorba aktinových filament Aktin vazebné proteiny Koloběh aktinu v migrující buňce Cofilin a jeho regulace Regulace aktivity cofilinu Fosfatázy cofilinu popis, regulace Kinázy cofilinu (LIMK) popis, regulace Rodina malých Rho-GTPáz Regulace aktivity Rho-GTPáz Efektorové proteiny Rho-GTPáz Signální kaskáda ERK Princip a charakteristika MAPK-kaskád a signální kaskády ERK ERK jako efektorová proteinkináza RSK jako efektorová proteinkináza Vstup signální kaskády ERK do regulace aktivity cofilinu Regulace cofilinu na úrovni proteinů GAP Inhibice funkce proteinu p190-rhogap fosforylací proteinkinázou ERK Inhibice funkce proteinu p190-rhogap změnou exprese proteinů Rnd Popis proteinů Rnd Regulace proteinů Rnd Inhibice funkce proteinu CdGAP Regulace na úrovni proteinů GEF Aktivace proteinu GEF H Regulace proteinů GEF a GAP proteázou calpain Degradace proteinu Tiam1 pomocí proteázy calpain Degradace proteinkinázy FAK pomocí proteázy calpain Regulace na úrovni Rho GTPáz Inhibice Rho GTPázy proteinem p27 Kip Regulace proteinu p27 Kip Regulace na úrovni proteinkináz ROCK, PAK Inhibice proteinkinázy ROCK proteinkinázou Raf Inhibice proteinkinázy ROCK proteinem p21 Cip1/Waf Regulace proteinu p21 Cip1/Waf Snížení exprese proteinkinázy ROCK Regulace proteinkinázy PAK Regulace exprese proteinkinázy LIMK2 a cofilinu Závěr Seznam použité literatury [3]
4 1. Seznam použitých zkratek ADF Actin depolymerizing factor ADP Adenosine dipfosphate ATP Adenosine triphosphate CDK Cyclin-dependent kinase CIN Chronophin CRD Cysteine-rich domain DRF Diaphanous-related formins ECM Extracellular matrix EGF Epidermal growth factor EMT Epithelial-mesenchymal transition ERK Extracellular signal-regulated kinase F-aktin The polymer form of actin FAK Focal adhesion kinase G-aktin The monomer form of actin GAP GTPase activating protein GDI Guanosine nucleotide dissociation inhibitors GDP Guanosine diphosphate GEF Guanine nucleotide exchange factor Grb2 Growth factor receptor-bound protein 2 GTP Guanosine triphosphate JNK c-jun amino-terminal kinases LIMK LIM-kinase MAPK Mitogen activated protein kinase MAPKAPK Mitogen activated protein kinase-activated protein kinase MAPKK Mitogen activated protein kinase kinase MAPKKK Mitogen activated protein kinase kinase kinase MEK MAPK/ERK kinase MK2 Mitogen activated protein kinase-activated protein kinase 2 MNK MAPK-interacting kinase MRCK Myotonic dystrophy kinase related Cdc42 binding mrna messenger RNA (ribonucleic acid) MSK Mitogen and stress activated kinase NGF Nerve growth factor NLK Nemo like kinase PAK p21-activated kinase PDGF Platelet-derived growth factor PH Pleckstrin homology Pi Inorganic phosphate (PO 3-4 ) PI-3K Phosphatidylinositol-3-kinase PTB Phosphotyrosine-binding RBD Ras/Rho binding domain ROCK Rho-associated, coiled-ciol containing protein kinase 1 RSK p90 ribosomal S6 kinase RTK Receptor tyrosine kinase SH2 Src homology 2 SOS Son of sevenless SSH Slingshot TESK Testicular protein kinase TNF-α Tumor necrosis factor α [4]
5 2. Abstrakt Cofilin je malý aktin vazebný protein, který se účastní polymerace a depolymerace aktinových vláken. Cofilin se účastní celé řady buněčných procesů, kde je vyžadována přestavba aktinového cytoskeletu, jako například buněčné dělení a buněčná migrace. V tomto ohledu má buňka řadu vzájemně propojených signálních drah, které umožňují přesnou a také dynamickou regulaci aktivity cofilinu. Jednou z těchto drah je i signální MAP-kinázová kaskáda ERK (extracellular signal-regulated kinase). Ačkoliv dodnes nejsou zcela známé molekulární mechanizmy, kterými signální kaskáda ERK reguluje aktivitu cofilinu, tak se zdá, že signální kaskáda ERK reguluje cofilin hlavně skrze regulaci malých GTPáz rodiny Rho. Signální kaskáda ERK dokáže modulovat činnost Rho GTPáz na mnoha úrovních, od úrovně regulátorů aktivity Rho GTPáz, jako jsou proteiny GAP (GTPase activating protein) a GEF (guanine nucleotide exchange factor), až po úroveň efektorů Rho GTPáz. Signální kaskáda ERK využívá dva základní mechanizmy pro modulaci aktivity těchto signálních drah. První mechanizmus je na transkripční a translační úrovni, kdy signální kaskáda ERK indukuje či reprimuje transkripci a následně i translaci klíčových regulačních proteinů. Druhý mechanizmus je mnohem dynamičtější a odehrává se na úrovni posttranslačních modifikací, a to zejména fosforylací. V této práci jsou shrnuty známé způsoby vstupů signální kaskády ERK do regulace signálních drah rodiny Rho GTPáz a jejich dopad na aktivitu cofilinu. Klíčová slova: aktin, cofilin, rodina Rho-GTPáz, signální kaskáda ERK [5]
6 3. Abstract Cofilin is small ubiquitous actin binding protein, which is required for polymerization and depolymerization of actin fibers. Cofilin is involved in numerous cellular processes where the remodeling of actin cytoskeleton is required, such as cell division and cell migration. In order to precisely and dynamically regulate the cofilin activity, cells utilize large network of interconnected signaling pathways. One of these signaling pathways is the MAP-kinase cascade ERK (extracellular signal-regulated kinase), although the molecular mechanisms by which ERK regulates cofilin activity are not fully understood. Much evidence suggests that ERK controls the cofilin activity mainly through the regulation of Rho family of small GTPases. The ERK signaling cascade can modulates the Rho GTPase pathway signaling components, such as GAPs (GTPase activating proteins), GEFs (guanine nucleotide exchange factors) or Rho GTPases effectors. The ERK signaling cascade utilizes two different mechanisms for the regulation of Rho GTPases signaling pathways. The first mechanism is on transcriptional and translational level, where ERK regulates the transcription and subsequently translation of key regulatory proteins. Second mechanism, which is far more dynamic, occurs at the level of posttranslational modification, especially phosphorylation. This work summarizes known means by which the ERK signaling cascade regulates Rho GTPases and the activity of cofilin. Key words: actin, cofilin, family of Rho-GTPases, signaling cascade ERK [6]
7 4. Úvod Aktin je velice konzervovaný a všudypřítomný protein, esenciální pro všechny buňky eukaryotické říše. Podílí se na mnoha buněčných dějích, jakými jsou například mechanická podpora buněk, dělení buněk, endocytóza a následný pohyb váčků. Ve všech těchto dějích je potřeba, aby byl aktin schopen polymerovat do vyšších struktur a zároveň aby tyto struktury mohly být následně rozrušeny. Z tohoto důvodu je nutné, aby buňka měla ve své výbavě řadu prostředků, které by se podílely na regulaci aktinu a remodelovaly jeho struktury. Jedním z nich je i cofilin, malý aktin vazebný protein. Cofilin je stejně jako aktin rozšířený ve všech eukaryotických buňkách a svou aktivitou řídí polymeraci, fragmentaci a depolymeraci aktinových vláken. Dynamické změny v aktivitě cofilinu a jím zprostředkované změny aktinového cytoskeletu pomáhají buňce vypořádat se s neustále se měnícím prostředím a na tyto změny reagovat odpovídajícím způsobem. Jednou z nejdůležitějších funkcí cofilinu je regulace aktinového cytoskeletu během migrace. Buněčná migrace je mimořádně důležitá pro celou řadu fyziologických buněčných dějů a defekty v jeho regulaci vedou k řadě patologických procesů. V krajním případě mohou být i letální. Regulace cofilinu je primárně doménou rodiny malých Rho GTPáz Rac1, Cdc42 a Rho. Tyto GTPázy slouží jako molekulární přepínače, jejichž aktivita se mění v závislosti na vnějších podnětech. Jedním z důležitých regulátorů, který následně zaznamenává a vyhodnocuje širokou škálu vnějších podnětů a následně moduluje aktivitu Rho GTPáz, je signální dráha ERK. Mutace v genech, které vedou k hyperaktivaci signální kaskády ERK, jsou jedním z nejdůležitějších kroků nádorového procesu. Hyperaktivace signální kaskády ERK vyvolává mimo jiné i změny v aktinovém cytoskeletu a činí buňky více motilní, což také přispívá k tvorbě nádorových metastází s negativním následkem pro mnohobuněčný organismus. Pochopení, jakým způsobem signální kaskáda ERK reguluje signální dráhu Rho, a tím i buněčnou motilitu, by nám umožňovalo porozumět mechanizmu invazivity nádorů a aplikovat tyto poznatky při vývoji protinádorových léčiv. Nicméně poznání tohoto procesu není důležité pouze v souvislosti s nádorovými buňkami. Stejný či podobný mechanizmus je využíván i za nepatologických podmínek a díky tomu může docházet k vývoji jedince, tvorbě nových nervových zakončení, regeneraci tkání a v neposlední řadě také k imunitním odpovědím. Od osmdesátých let minulého století, kdy byly rodiny Rho GTPáz objeveny, vznikla na jejich téma řada publikací, které jsou místy poměrně detailní. Popisují jejich regulaci, [7]
8 biochemickou podstatu jednotlivých kroků a jejich působení na své efektorové proteiny. Stejné tvrzení se dá vznést i na MAPK kaskádu ERK, kde také víme mnohé o regulaci, o jednotlivých krocích přenosu signálu v rámci této kaskády a o jejím působení v buňce. Naopak co je dnes málo probádanou oblastí, je vzájemná komunikace, ovlivňování a případně i spolupráce těchto dvou signálních drah. Stále není objasněno, jakým způsobem je signální kaskáda ERK schopná regulovat funkci rodiny Rho GTPáz, následně cofilinu a tím i modulovat aktinový cytoskelet a buněčnou migraci. Tato práce si klade za cíl popsat základní způsoby regulace aktivity cofilinu signální kaskádou ERK. Detailní pohled je věnován zejména dvěma základním mechanizmům, kterými signální kaskáda ERK reguluje aktivitu cofilinu. První z nich se odehrává na úrovni exprese klíčových regulačních proteinů, zatímco druhý mechanismus je přímý a odehrává se na úrovni posttranslačních modifikací regulačních proteinů, a to zejména na úrovni fosforylace. 5. Aktin a aktinový cytoskelet Aktin, 43 kda veliký protein, je jedním z nejhojnějších proteinů v eukaryotických buňkách a může tvořit až 5% celkových buněčných proteinů. Byl objeven ve 40. letech minulého století, a proto je již poměrně probádaným proteinem. K pochopení funkce aktinu, aktinového cytoskeletu a regulačních mechanizmů mimo jiné přispěly i patogenní organismy, které jej využívají pro vlastní pohyb v rámci hostitelské buňky (Nicholson-Dykstra et al., 2005; Pollard a Cooper, 2009). Aktin se v buňkách nalézá ve dvou základních stavech. Může se vyskytovat ve formě monomeru, pak hovoříme o tzv. G-aktinu, nebo ve formě polymeru, tedy F-aktinu. Všechny aktinové podjednotky jsou ve vlákně uloženy ve stejném směru (tzv. head-to-tail organizace), aktinové vlákno je tedy polární struktura s rozlišitelnými konci. Konec aktinového vlákna, kde dochází přednostně k polymeraci aktinu, je označován jako plus konec (někde také barbed end ). Opačný konec, kde dochází přednostně k disociaci aktinu, označujeme jako mínus konec ( pointed end ) (Nicholson-Dykstra et al., 2005). Aktinová vlákna se mohou dále organizovat a spolu s dalšími proteiny tvořit vyšší struktury (Obr. 1). Aktinová vlákna se vyskytují buď ve formě aktinové sítě, jako je tomu v lamelliopodiu na předním okraji buňky, nebo mohou tvořit nevětvené svazky, jako v případě stresových vláken. Ty pak můžeme ještě rozdělit na dorzální a ventrální stresová vlákna a na transverzální oblouky (Naumanen et al., 2008). Tato organizace aktinového cytoskeletu je charakteristická pro migrující buňku (Obr. 1). [8]
9 Obr. 1: Model migrující buňky. Na modelu jsou znázorněny struktury účastnících se pohybu buňky, na kterých se podílí aktin (Nicholson-Dykstra et al., 2005) Tvorba aktinových filament Aby se aktinový monomer mohl účastnit tvorby aktinových vláken, musí se nalézat v komplexu aktin-atp. Pouze tento komplex může tvořit nové vlákno nebo prodlužovat vlákno již stávající. Po začlenění aktinového monomeru do vlákna dochází během 1-2 sekund k hydrolýze ATP a vzniku komplexu aktin-adp-pi. Tento komplex má ve vlákně prakticky stejné vlastnosti jako komplex ATP-aktin. Po hydrolýze dochází k postupnému uvolňování anorganického fosfátu a snížení stability vlákna. Tento proces probíhá spontánně a řádově pomaleji, s poločasem přibližně 350 sekund. Nicméně buňka může tento proces urychlit za pomoci aktin vazebných proteinů, např. za pomoci cofilinu, a tím snížit stabilitu aktinových vláken (Pollard a Borisy, 2003). K prodlužování aktinových filament dochází rychleji na plus konci vlákna. Tento fakt je dán odlišnými asociačními a disociačními konstantami ATP-aktinu a ADP-aktinu na koncích filamenta. I když na plus konci vlákna dochází k rychlejší disociaci ADP-aktinu, rychlá asociace ATP-aktinu nedovolí ADP-aktinu včas oddisociovat. Na mínus konci dochází k pomalé disociaci jak ATP-aktinu, tak i ADP-aktinu. Tento proces je podmíněn koncentrací ATP-G-aktinu a aktivní regulací buňkou (Pollard a Borisy, 2003; Nicholson-Dykstra et al., 2005). [9]
10 Kritickým bodem tvorby nového vlákna je počátek polymerace. Je to z toho důvodu, že aktinové dimery nebo trimery jsou velice nestabilní, a proto nemůže spontánně aktinové vlákno v buňce vzniknout. Z tohoto důvodu je pro vznik nového vlákna podstatné vytvoření tzv. nukleačního centra, které podporuje vznik vlákna stabilizací aktinových dimerů a trimerů. Následná polymerace či prodlužování vlákna probíhá samovolně a rychle. Samotné aktinové vlákno bez asociovaných proteinů je v buňce velice nestabilní, což může mít, v závislosti na koncentraci ATP-G-akitnu, za následek jeho rychlou degradaci z obou konců. Samotná depolymerace aktinového vlákna je pak podmíněna hydrolýzou ATP a uvolněním anorganického fosfátu (Nicholson-Dykstra et al., 2005; Pollard a Cooper, 2009) Aktin vazebné proteiny Proteiny schopné vázat se k aktinu a regulovat strukturu cytoskeletu můžeme rozdělit do několika skupin proteiny vázající monomerní aktin (Profilin, Thymosin-β4), proteiny zodpovědné za tvorbu nukleačního centra a nukleace aktinu (Arp2/3 komplex, Forminy), proteiny aktivující nukleační centrum (WASP/Scar), proteiny stabilizující aktinová vlákna (Tropomyosin, tzv. capping proteiny) a proteiny zodpovědné za depolymeraci vláken (Cofilin). Aktinové monomery jsou z důvodu regulace v buňce vyvázány na aktin vazebných proteinech. Zatímco Thymosin-β4 vyvazuje aktinové monomery a brání jim začlenění do vlákna, profilin podporuje jejich polymeraci, ale pouze na plus konci vlákna. Profilin také podporuje výměnu ADP za ATP na aktinových monomerech. Začátek polymerace je zprostředkován po aktivaci proteinů WASP/Scar za pomoci Arp2/3 komplexu. Tento komplex svou strukturou mimikuje mínus konec aktinového vlákna, která je klíčová pro podporu polymerace. Po nasednutí na již existující aktinové vlákno iniciuje polymeraci nového vlákna a dává pod úhlem 70 vzniknout novému aktinovému vláknu (Pollard a Cooper, 2009; Watanabe, 2010). Dalšími faktory indukující nukleaci aktinu jsou proteiny z rodiny forminů. Na rozdíl od Arp2/3 komplexu forminy se podílí na tvorbě nevětvených aktinových vláken. Dále svojí přítomností na plus konci vlákna podporují polymeraci aktinu (Zigmond, 2004). K zastavení polymerace aktinu slouží tzv. capping proteiny (např. heterodimerické capping proteiny, gelsolin, Esp8, Aip1), které svou vazbou na plus konec vlákna brání nasedání dalších aktinových monomerů. Tyto proteiny také zároveň stabilizují konec vlákna a brání tak disociaci aktinových podjednotek (Nicholson-Dykstra et al., 2005). [10]
11 Jak již bylo zmíněno, aktinové vlákno samo o sobě není v buňce stabilní a potřebuje mít na sobě navázány proteiny bránící degradačním vlivům. Jedním z nich je i tropomyosin, který je schopný se vázat podél aktinových vláken, poskytovat jim vyšší mechanickou odolnost a ochranu proti štěpení cofilinem. Vazba tropomyosinu navíc zabraňuje větvení a nukleaci aktinových vláken zprostředkovaných aktivovaným Arp2/3 komplexem. V migrujících buňkách se tropomyosin vyskytuje hlavně podél stresových vláken a také v zadních částech lamelliopodia (Cooper, 2002). Štěpení a depolymerace aktinových vláken je nezbytným krokem, který je zapotřebí k odstranění přebytečných či nepotřebných vláken. K tomuto účelu slouží především malý aktin vazebný protein cofilin, který vyvolává zlomy v aktinových vláknech, a tím indukuje jejich depolymerizaci. Funkce a regulace cofilinu je diskutována v šesté kapitole Koloběh aktinu v migrující buňce Během migrace buňky je nevyhnutelná přestavba aktinového cytoskeletu. To platí zejména pro vedoucí konec migrující buňky, kde se tvoří hustá aktinová síť. Vlivem extracelulárních signálů dochází k vytvoření nukleačních center, k tvorbě a k prodlužování aktinových vláken směrem k plasmatické membráně. Síla vytvořená růstem vláken je využita na tlačení membrány ve směru pohybu. Na mínus konci aktinových vláken, v zadní části lamellipodia, dochází k jejich postupné degradaci, mimo jiné za přispění cofilinu. Takto vzniklý monomerní aktin se váže na profilin, který katalyzuje výměnu ATP za ADP a tím umožňuje monomernímu aktinu účastnit se dalšího cyklu polymerace (Obr. 2). Tento proces, který zahrnuje kontinuální polymeraci a depolymeraci aktinových vláken, je v anglicky psané literatuře nazýván jako actin treadmilling. (Pollard a Borisy, 2003; Watanabe, 2010). Stresová vlákna naopak nepodstupují rychlý obrat aktinu a jsou stabilní. Jejich přínos k pohybu tkví v tom, že jsou za přispění myosinu schopné kontrakce, která umožňuje migrující buňce přitáhnout její zadní část ve směru pohybu. Jednotlivé typy stresových vláken přispívají k pohybu různou měrou (Naumanen et al., 2008). [11]
12 Obr. 2: Obrat aktinu ve vedoucím konci buňky (Pollard a Borisy, 2003). 6. Cofilin a jeho regulace Jedním z důležitých proteinů, účastnících se přestavby aktinového cytoskeletu, je cofilin. Je to malý (15-21 kda) aktin vazebný protein patřící do rodiny označované jako ADF/cofilin, rozšířený ve všech eukaryotech. Cofilin je esenciální protein a jeho deregulace může mít za následek řadu patologií (Van Troys et al., 2008). Cofilin se účastní zejména degradace aktinových vláken, avšak za určitých podmínek se může podílet i na jejich tvorbě. Cofilin způsobuje rozpad vlákna tím, že je schopný se navázat mezi dvě aktinové podjednotky a způsobit strukturní změny ve vlákně, respektive změnu vinutí cca o 5 na podjednotku aktinu a narušit tím stabilitu vlákna (McGough et al., 1997). Cofilin se váže s vyšší afinitou k ADP-aktinu, než k ATP-aktinu. Při vazbě na aktinové vlákno s ADP podporuje jeho degradaci. Cofilin také stimuluje uvolnění anorganického fosfátu z komplexu ADP-Pi-aktin v aktinovém vlákně. Dále je schopný se vázat na monomerní ADP-aktin a inhibovat nukleotidovou výměnu (Van Troys et al., 2008). Účinky cofilinu na aktinový cytoskelet závisí mimo jiné na jeho koncentraci (Andrianantoandro a Pollard, 2006). Ke štěpení aktinových vláken dochází při nízké [12]
13 koncentraci aktivního cofilinu. Pokud se koncentrace cofilinu zvýší a dojde k navázání cofilinu podél celého vlákna, dochází paradoxně k jeho stabilizaci a nikoliv ke štěpení. Při velmi vysokých koncentracích aktivního cofilinu je schopen asociovat s monomerním aktinem a iniciovat jeho nukleaci. K dnešnímu dni byly objeveny v savčích buňkách tři izoformy cofilinu cofilin-1, cofilin-2 a ADF (Actin-Depolymerising factor, také známý jako destrin). Jednotlivé formy jsou tkáňově specifické. Zatímco cofilin-2 je exprimován ve svalových buňkách, cofilin-1 a ADF se vyskytují v ostatních tkáních. Tato tkáňově specifická exprese koreluje s jejich vztahem k aktinu. Cofilin-2, v porovnání s cofilinem-1 a ADF, má nejnižší afinitu k ADP/ATP aktinu, nejslabší degradační schopnost a nejsilnější nukleační aktivitu. Z tohoto důvodu je aktin ve svalových buňkách stabilní. (Vartiainen et al., 2002) Regulace aktivity cofilinu Cofilin může být fosforylován na konzervovaném N-koncovém aminokyselinovém zbytku Ser3 (Agnew et al., 1995). Cofilin ve fosforylované formě se není schopen vázat ke G- aktinu i k F-aktinu, a naopak jeho defosforylace vede k plné aktivaci a možnosti regulovat aktinový cytoskelet. Regulace fosforylace na Ser3 zbytku je tedy jednoduchým přepínačem mezi tvorbou aktinových vláken a jejich rozpadem Fosfatázy cofilinu popis, regulace Při prvotním hledání možných proteinů schopných aktivovat cofilin se věnovala pozornost proteinfosfatázám se širokým spektrem substrátů. Inhibice těchto proteinfosfatáz neprokázala, že by se účastnily defosforylace cofilinu. V nedávné době byly objeveny dvě rodiny proteinfosfatáz, které defosforylují aktivní cofilin za fyziologických podmínek. Je to rodina proteinfosfatáz Slingshot (SSH1/2/3) a proteinfosfatáza Chronophin (CIN). Stále ještě zůstává mnoho nezodpovězených otázek nad jejich funkcí i nad jejich regulací. Je to dáno také tím, že byly objeveny poměrně nedávno, a proto je nebylo možné detailně charakterizovat. Tyto proteinfosfatázy hrají roli při dělení buňky a funkce proteinfosfatázy SSH byla prokázána také při migraci buňky (Huang et al., 2006). Aktivita proteinfosfatázy SSH je podmíněna fosforylací na Ser402 v katalytické doméně, přičemž stejně jako v případě cofilinu vede defosforylace k jeho plné aktivaci. Aktivace proteinfosfatázy SSH je zprostředkována Ca 2+ dependentní fosfatázou calcineurin (Wang et al., 2005). Naopak fosforylaci, tedy deaktivaci, zprostředkovává proteinkináza D [13]
14 (Barisic et al., 2011). Byla také pozorována interakce mezi proteinfosfatázou SSH a proteinem , přičemž tato interakce bránila aktivaci cofilinu (Kligys et al., 2007) Kinázy cofilinu (LIMK) popis, regulace K dnešnímu dni byly objeveny dvě rodiny proteinkináz schopných fosforylovat a deaktivovat cofilin. Jsou to LIM-kinázy (LIMK1 a LIMK2) a TES-kinázy (TESK1 a TESK2). Zajímavé je, že dodnes u nich nebyl nalezen jiný substrát než cofilin. Zatímco proteinkinázy LIMK1 i LIMK2 jsou přítomné ve všech tkáních (Acevedo et al., 2006; Foletta et al., 2004), aktivita proteinkináz TESK je tkáňově specifická (Toshima et al., 1995; Toshima et al., 2001). Z tohoto důvodu zde nebudou proteinkinázy TESK dále rozebírány a pozornost bude věnována pouze proteinkinázám LIMK. Oproti výše zmíněným proteinfosfatázám SSH a CIN je regulace proteinkináz LIMK daleko lépe popsána. Jejich aktivita je podmíněna fosforylací threoninového zbytku v aktivační smyčce proteinkináza LIMK1 je fosforylována na threoninu 508 (Ohashi et al., 2000) a proteinkináza LIMK2 na threoninu 505 (Sumi et al., 2001a). Defosforylace a následné deaktivace proteinkináz LIMK se mohou účastnit i proteinfosfatáza SSH. Soosairajah a spolupracovníci (2005) popsali schopnost interakce mezi proteinfosfatázou SSH a proteinkinázou LIMK1, která vedla k defosforylaci na Thr508, tedy k její inaktivaci. Zvyšuje se tedy komplexita celé regulace. Zda je hlavním cílem proteinfosfatázy SSH aktivovat cofilin nebo inaktivovat proteinkinázu LIMK, zůstává nezodpovězeno. Mezi hlavní proteinkinázy, které se účastní fosforylace proteinkináz LIMK v pozici Thr508 (LIMK1) a Thr505 (LIMK2), patří proteinkinázy PAK (p21-activated kinase) a ROCK (Rho-associated, coiled-coil containing protein kinase). Aktivace těchto proteinkináz je pod přímou kontrolou malých GTPáz z rodiny Rho. Tedy, aktivita proteinkinázy PAK je pod kontrolou Rac1 GTPázy a účastní se regulace aktinového cytoskeletu ve vedoucím konci vlákna. Aktivitu proteinkinázy ROCK kontroluje Rho GTPáza a jsou nezbytné pro tvorbu a udržení stresových vláken (Maekawa et al., 1999; Ridley, 2001). Malé GTPázy rodiny Rho (Rho, Rac1, Cdc42) jsou tedy dominantními faktory, které regulují aktivitu proteinkinázy LIMK a následně cofilinu. Kromě výše zmíněných proteinkináz PAK a ROCK je proteinkináza LIMK také aktivována proteinkinázami MRCK a MK2 (MAPKAPK2). Proteinkináza MRCK je aktivována malou GTPázou Cdc42 a fosforyluje proteinkinázu LIMK2 na aktivačním Thr505 (Sumi et al., 2001b). Proteinkináza MK2 je aktivována [14]
15 proteinkinázou p38 a fosforyluje serinový zbytek 323 proteinkinázy LIMK (Kobayashi et al., 2006). Nicméně, v případě proteinkináz MRCK a MK2 jsou naše poznatky kusé a není jasné, zdali tyto proteinkinázy hrají při regulaci cofilinu dominantní nebo marginální úlohu. Obr. 3: Schéma přímé regulace aktivity cofilinu. Proteinkinázy LIMK/TESK jsou schopné fosforylovat cofilin na jeho Ser3 a uvádí jej do inaktivního stádia. Naopak proteinfosfatázy SSH/CIN defosforylují cofilin a umožňují mu vstoupit do regulace aktinového cytoskeletu. 7. Rodina malých Rho-GTPáz Jak již bylo zmíněno, Rho GTPázy patří mezi hlavní regulátory cofilinu a tedy i aktinového cytoskeletu. Jedná se o rodinu malých GTPáz, které spadají do rodiny Ras GTPáz. Ačkoliv je dnes známo mnoho členů rodiny Ras GTPáz, ve vztahu k buněčné migraci jsou nejlépe charakterizované GTPázy RhoA, Rac1 a Cdc42 (Bustelo et al., 2007) Regulace aktivity Rho-GTPáz Jak již jejich název napovídá, aktivita malých GTPáz je založena na tom, zda jsou v komplexu s GTP či GDP. Do aktivního stavu jsou uváděny za pomoci proteinů GEF (guanine nucleotide exchange factor), které jsou schopné se na Rho-GTPázy vázat a zprostředkovávat výměnu GDP za GTP. Naopak, jejich deaktivace je podmíněna hydrolýzou GTP. Ačkoliv GTPázy mají schopnost hydrolyzovat GTP a sami sebe deaktivovat, je tento [15]
16 proces poměrně pomalý. Proto je zapotřebí dalších regulačních proteinů, proteinů GAP (GTPase-activating protein), které stimulují hydrolýzu GTP. Tento způsob regulace dává buňce možnost regulovat aktivitu Rho GTPáz. Dalším způsobem regulace Rho GTPáz je za pomoci proteinů GDI (guanosine nucleotide dissociation inhibitors). Tyto proteiny jsou schopné se na Rho GTPázy vázat a tvořit s nimi komplex. Pokud se naváží na neaktivní formu Rho GTPázu, tedy na Rho-GDP, pak efektivně brání výměně GDP za GTP. Inhibiční efekt mají i při vytvoření komplexu GDI-Rho-GTP. Ačkoliv brání hydrolýze GTP, zároveň nedovolují Rho-GTPázám interagovat se svými efektory. Proteiny GDI mají také schopnost sekvestrovat Rho GTPázy a přemístit je z periferie buňky do cytoplazmy (Ellenbroek a Collard, 2007) Efektorové proteiny Rho-GTPáz Poté, co jsou GTPázy rodiny Rho aktivovány pomocí proteinů GEF, mohou aktivovat své efektory a podílet se na remodelaci aktinového cytoskeletu. V současné době je známo několik desítek proteinů, které mohou být Rho GTPázami aktivovány. Mezi nejlépe charakterizované efektory proteinů Rho patří proteinkinázy z rodiny ROCK a forminy z rodiny DRF (Diaphanous-related formins). Mezi hlavní efektory proteinkinázy ROCK patří proteinkináza LIMK a myosin fosfatázy (aktivátory myosinových lehkých řetězců). Proteinkináza ROCK je tedy klíčovým faktorem v regulaci stability aktinových vláken a také v regulaci aktino-myosinové kontraktility. Stimulace proteinů DRF (mdia1, mdia2 a mdia3) vede polymeraci aktinu a tvorbě nevětvených aktinových vláken. Tvorba nevětvených aktinových vláken se odehrává převážně v oblasti nově se formujícího filopodia (Amano et al., 2001; Maekawa et al., 1999). Mezi hlavní efektory GTPáz Rac1 a Cdc42 patří proteiny WASP/WAVE, proteiny DRF a proteinkinázy rodiny PAK. Proteiny WASP/WAVE stimulují aktivaci Arp2/3 komplexu a iniciují polymeraci větveného aktinu pod plasmatickou membránou. Aktivovaná proteinkináza PAK, kromě dalších svých substrátů, fosforyluje a aktivuje proteinkinázu LIMK a stejně jako proteinkináza ROCK se inhibicí aktivity cofilinu podílí na stabilitě aktinových struktur (Bishop a Hall, 2000). [16]
17 Obr. 4: Schéma regulace aktivity cofilinu GTPázami Rho, Rac1 a Cdc42 a jejich hlavních efektorů. GTPázy Rho/Rac1/Cdcd42 v komplexu s GTP se podílejí na aktivaci svých substrátů ROCK/PAK, ty poté aktivují proteinkinázu LIMK. Proteinkináza LIMK následně fosforyluje cofilin na jeho Ser3, což vede k jeho inaktivaci a proto není schopen se nadále podílet na přestavbě aktinového cytoskeletu. 8. Signální kaskáda ERK Buňka je neustále vystavována extracelulárním podnětům a vlivům, které musí rozpoznat, a na které musí adekvátním způsobem reagovat. V eukaryotických buňkách existují evolučně konzervované signální kaskády MAPK ( mitogen-activated protein kinases ), které se spolu s dalšími mechanizmy podílejí na zpracování těchto podnětů a na specifické buněčné odpovědi. Signální kaskáda ERK, která je složena z proteinkináz Raf, MEK a ERK, je jednou z těchto signálních drah regulující genovou expresi, buněčné dělení, motilitu, přežívání a apoptózu (Rubinfeld a Seger, 2005). Signální kaskáda ERK patří mezi jednu z nejlépe prostudovaných MAPK kaskád. K intenzivnímu studiu této dráhy přispěl i fakt, že v nádorových buňkách je signální kaskáda ERK často mutovaná, hlavně v proteinech Ras či Raf. Tyto mutace vedou ke vzniku konstitutivně aktivních proteinů a následně k hyperaktivaci signální kaskády ERK. Dlouho se předpokládalo, že primární funkcí signální kaskády ERK je regulace genové exprese a buněčné proliferace. Dnes už je zřejmé, že signální kaskáda ERK reguluje také řadu dalších buněčných dějů, včetně buněčné migrace a invazivity (Huang et al., 2004). [17]
18 Celá řada prací ukazuje, že signální kaskáda ERK je schopná regulovat aktivitu cofilinu a měnit aktinový cytoskelet v buňce. V případě patologických procesů, jako je zhoubné buněčné bujení, tyto změny v signální kaskádě ERK dávají možnost pro větší invazivitu buněk, a tedy i pro schopnost opustit místo primárního nádoru a tvořit metastázy Princip a charakteristika MAPK-kaskád a signální kaskády ERK K dnešnímu dni byly u savců objeveny čtyři základní skupiny MAPK kaskád, pojmenovaných podle posledních členů kaskády ERK1/2 (Extracelular signal-regulated kinases), JNK1/2/3 (c-jun amino-terminal kinases), p38 izoformy (p38α,β,γ,δ) a ERK5. Mezi atypické MAPK kaskády patří ERK3/4, ERK7 a Nemo-like kinases (NLK). Mezi nejvíce studovanými MAPK kaskády u savců jsou ERK1/2, JNK a p38 (Cargnello a Roux, 2011). MAPK kaskáda se skládá ze tří proteinkináz. Těmi jsou MAPK (mitogen-activated protein kinase), MAPKK (MAPK kinase kinase) a MAPKKK (MAP kinase kinase kinase). Přenos signálu v rámci MAPK kaskád je realizován pomocí následných fosforylačních kroků, kdy proteinkináza fosforyluje svou substrátovou proteinkinázu a tím ji aktivuje a posílá signál dál. Tedy poslední člen kaskády MAPK je fosforylována MAPKK a ta je fosforylována MAPKKK. V případě signální kaskády ERK je proteinkináza ERK (MAPK) fosforylována proteinkinázami MEK1/2 (MAPKK) a ta je fosforylována proteinkinázami Raf (MAPKKK) (Obr. 5). Členění do jednotlivých stupňů je pro buňku výhodou. Má možnost do signální kaskády na různých stupních vstupovat a přenášený signál na různých úrovních regulovat či modifikovat. Zároveň stačí malý počáteční signál pro aktivaci kaskády, která jej amplifikuje a může mít tedy vyšší dopad každá MAP-kináza kaskády fosforyluje a aktivuje více svých substrátů. Nebo tomu může být naopak a signál může být efektivně umlčen (Rubinfeld a Seger, 2005). K aktivaci signální kaskády ERK dochází z principu na buněčném povrchu. Signální kaskáda ERK může být aktivována rozličnými způsoby. Může být aktivována mnoha růstovými faktory, jakými jsou PDGF (platelet-derived growth factor), EGF (epidermal growth factor) či NGF (nerve growth factor), které aktivují receptorové proteinkinázy (RTK). Dále může reagovat na podněty přijatými heterotrimerickými G-proteiny či integriny (Pullikuth a Catling, 2007; Raman et al., 2007). Signalizace skrze RTK je jedním z nejlépe pochopených mechanizmů vedoucích k aktivaci signální kaskády ERK. Vazba ligandu na RTK způsobí jeho dimerizaci, která podporuje jeho autofosforylaci na tyrozinovém zbytku a vede k aktivaci. Na aktivovaný RTK [18]
19 se poté mohou vázat proteiny s SH2 (Src homology 2) nebo PTB (phosphotyrosine-binding) doménou, kam patří mimo jiné i protein Grb2. Na něj se poté váže protein SOS, což je Ras- GEF, dojde ke zprostředkování výměny GDP za GTP na GTPáze Ras, která následně zahájí aktivaci signální kaskády ERK (Cargnello a Roux, 2011). Obr. 5: Obecné schéma MAPK-kaskády a signální kaskády ERK. Na schématu je znázorněna třístupňová organizace MAPK kaskády a odpovídající proteinkinázy signální kaskády ERK. Proteinkinázy ERK a RSK jsou efektorové proteinkinázy, které následně fosforylují velké množství svých substrátů ERK jako efektorová proteinkináza Proteinkinázy ERK1 (44 kda) a ERK2 (42 kda) jsou posledními členy signální kaskády ERK. Tyto proteinkinázy jsou obecně rozšířené ve všech savčích tkáních a mezidruhově jsou vysoce konzervované (Boulton a Cobb, 1991). Proteinkinázy ERK1 i ERK2 jsou aktivované proteinkinázami MEK1/2, a to fosforylací threoninového a tyrosinového zbytku v motivu Thr-Glu-Tyr v aktivační smyčce v kinázové doméně. Pro plnou aktivaci je zapotřebí fosforylace jak threoninového, tak tyrosinového zbytku. Bylo prokázáno, že fosforylace tyrosinového zbytku je vyžadována, avšak není dostatečná pro aktivaci proteinkinázy ERK. Proteinkináza ERK se tedy může vyskytovat ve třech stavech, přičemž dva jsou neaktivní (nefosforylovaná či jednou fosforylovaná proteinkináza ERK) a pouze [19]
20 dvakrát fosforylovaná proteinkináza ERK je plně aktivní (Boulton a Cobb, 1991; Cargnello a Roux, 2011). Proteinkinázy ERK1 i ERK2 rozeznávají stejné aminokyselinové motivy na svých substrátech, které následně fosforylují a aktivují. Proteinkinázy ERK1 i ERK2 rozeznávají a fosforylují serinové či threoninové zbytky v sekvenci bohaté na proliny, respektive v sekvenci Pro-Xxx-Ser/Thr-Pro (Gonzalez et al., 1991). Navíc bylo dokázáno, že první prolin nemusí být vyžadován a na jeho místě se může vyskytovat neutrální či bazická aminokyselina, jak bylo pozorováno např. na proteinu SOS (CorbalanGarcia et al., 1996). Proteinkinázy ERK1 i ERK2 dokáží fosforylovat a tím měnit funkci celé řady proteinů; dnes je známo více než 170 jejich substrátů (Yoon a Seger, 2006). Aktivovaná proteinkináza ERK se poté účastní zejména buněčné proliferace, kde je důležitá pro aktivaci transkripčních faktorů (např. Elk1), které následně spouští expresi časných genů a indukují vstup do buněčného cyklu. Kromě transkripčních faktorů fosforyluje proteinkináza ERK také strukturní a regulační proteiny. Dále proteinkináza ERK fosforyluje a aktivuje některé proteinkinázy, označované jako MAPKAPK (Mitogen-activated protein kinase-activated protein kinase). Podobně jako proteinkináza ERK vykazují proteinkinázy MAPKAPK širokou substrátovou specifitu a fosforylují celou řadu proteinů. Buněčná odpověď tedy může být vyvolána přímo proteinkinázou ERK, nebo nepřímo aktivací proteinkináz MAPKAPK (Cargnello a Roux, 2011). Mezi hlavní proteinkinázy MAPKAPK patří rodina proteinkináz RSK (p90 ribosomal S6 kinase), která je aktivována pouze signální kaskádou ERK. Proteinkináza ERK dokáže fosforylovat také proteinkinázy MNK a MSK (strukturní homology RSK), avšak ty mohou být aktivovány také p38 MAPK kaskádou (Cargnello a Roux, 2011) RSK jako efektorová proteinkináza Proteinkináza RSK ( p90 ribosomal S6 kinase ) byla objevena na konci devadesátých let minulého století a patří do rodiny serin/threoninových proteinkináz. K dnešnímu dni byly objeveny čtyři izoformy RSK1-4 se vzájemnou 75-80% aminokyselinovou homologií (Anjum a Blenis, 2008). Fosforylace proteinkinázy RSK proteinkinázou ERK je nezbytně nutná pro její aktivaci. Po aktivaci je proteinkináza RSK schopna fosforylovat své substráty. Za použití syntetických peptidů byl identifikován konsenzus motiv, které proteinkináza RSK na svých substrátech rozeznává. Je to sekvence Arg-Xxx-Arg-Xxx-Xxx-Ser/Thr, i když přítomnost [20]
21 prvního argininového zbytku není striktně vyžadována. Tato konsenzus sekvence je sdílena i jinými proteinkinázami, jakou je například rodina proteinkináz MSK (Anjum a Blenis, 2008). Jednotlivé izoformy proteinkinázy RSK se v buňce účastní regulace transkripce a translace, proliferace a buněčného růstu. Byla také prokázána role proteinkinázy RSK v migraci. Poprvé byla tato vlastnost naznačena schopností proteinkinázy RSK fosforylovat filamin A, na kterém rozeznává stejné fosforylační místo, jako proteinkináza PAK1. Dále byla pozorována jeho účast při epitelo-mezenchymální transici (EMT) zprostředkovanou proteiny Ras/ERK. Navíc se ukázalo, že proteinkináza RSK je schopna fosforylovat protein SH3P2, a tím jej inaktivovat. Tento protein je negativním regulátorem buněčné motility (Romeo et al., 2012). 9. Vstup signální kaskády ERK do regulace aktivity cofilinu Signální kaskáda ERK je jednou z mnoha drah, které svou činností regulují aktivitu cofilinu. Signální kaskáda ERK do regulace vstupuje hlavně modulací drah Rho GTPáz, které dokáže regulovat prakticky na všech jejích úrovních. Tedy na úrovni regulátorů GAP/GEF, na úrovni Rho-GTPáz i na úrovni jejich efektorových proteinů. Naopak přímá regulace proteinkinázy LIMK nebo cofilinu signální kaskádou ERK je jev spíše okrajový a pravděpodobně také tkáňově specifický. Dodnes nebyla popsána regulace proteinfosfatáz SSH a CIN proteikinázou ERK. Regulace aktivity Rho GTPáz se účastní jak proteinkináza ERK, tak také proteinkináza RSK. Z principu existují dva základní mechanizmy, kterými může být cofilin ovlivňován. První z nich dokáže měnit transkripci proteinů, které se jeho regulace účastní, popřípadě i samotného cofilinu. Tento způsob je poměrně pomalý a buňka není schopná bezprostředně reagovat na nejrůznější podněty. Proto existuje ještě druhý, rychlejší mechanizmus, který využívá posttranslační modifikace regulačních proteinů, přičemž nejčastější modifikací je fosforylace. [21]
22 Obr. 6: Možnosti vstupu signální kaskády ERK do regulace signálních drah rodiny Rho GTPáz. Plnými čárami jsou znázorněny hlavní regulační vstupy proteinkinázy ERK (RSK) a přerušovanými čárami okrajové či tkáňově specifické vstupy do signální dráhy Rho GTPáz. Regulace proteinfosfatáz SSH a CIN signální kaskádou ERK není známa Regulace cofilinu na úrovni proteinů GAP Ne této úrovni jsou známé dva mechanizmy, kterými signální kaskáda ERK zasahuje do činnosti Rho/ROCK dráhy a mění úroveň fosforylace cofilinu. V prvním případě proteinkináza ERK fosforylací inhibuje protein p190-rhogap a působí pozitivně na dráhu Rho/ROCK. Naopak v druhém případě činnost proteinu p190-rhogap podporuje změnou exprese proteinů Rnd. Dále je znám vstup signální kaskády ERK do regulace Rac1 GTPázy, a to inhibicí funkce proteinu CdGAP Inhibice funkce proteinu p190-rhogap fosforylací proteinkinázou ERK Regulace aktivity proteinu p190-rhogap má svou nezastupitelnou roli v regulaci aktivity cofilinu a maturaci fokálních adhezí v buňkách adherujících na ECM. Integriny aktivovaná proteinkináza ERK interaguje s C-koncovou částí proteinu p190-rhogap. V této oblasti byly nalezeny čtyři aminokyselinové zbytky, které mohou být fosforylovány proteinkinázou ERK. Jedná se o Ser1451, Ser1476, Thr1480 a Ser1483. Fosforylace těchto míst inhibuje aktivitu proteinu p190-rhogap a následně vede k aktivaci GTPázy Rho a její signální dráhy a zvýšení fosforylace cofilinu. Následuje maturace fokálních adhezí a tvoří se stresová vlákna (Pullikuth a Catling, 2010). [22]
23 Inhibice funkce proteinu p190-rhogap změnou exprese proteinů Rnd Zajímavé je, že signální kaskáda ERK je schopná funkci proteinu p190-rhogap také stimulovat. Je třeba ale podotknout, že se nejedná o stimulaci na úrovni fosforylace, ale o změnu exprese regulačních proteinů, kterými jsou Rnd. Jsou známé tří různé izoformy proteinů Rnd (Rnd1/2/3), ale pouze dva z nich, Rnd1 a Rnd3, jsou schopné velice efektivně aktivovat protein p190-rhogap, a tak negativně regulovat činnost Rho/ROCK dráhy. U proteinu Rnd2 byl pozorován pouze velice malý inhibiční efekt na Rho GTPázu v podmínkách in vitro (Wennerberg et al., 2003) Popis proteinů Rnd Proteiny Rnd1/2/3 (Rnd3 je označován také jako RhoE) patří mezi malé GTPázy spadající do rodiny Rho GTPáz. V porovnání s ostatními členy Rho rodiny GTPáz mají proteiny Rnd neobvyklé vlastnosti. Regulace Rho GTPáz, jak bylo zmíněno výše, je regulována za pomoci protienů GEF, GAP a GDI. Proteiny Rnd nejsou tímto způsobem regulovány a vyskytují se vždy v komplexu Rnd-GTP, tedy ve svém aktivním stavu (Chardin, 2006). Je to dáno tím, že proteiny Rnd nevykazují žádnou nebo prakticky žádnou GTPázovou aktivitu (Foster et al., 1996). Z tohoto důvodu musí být aktivita proteinů Rnd regulována jinak a jednou z možností je právě změna jejich genové exprese (Chardin, 2006) Regulace proteinů Rnd Zvýšená exprese proteinu Rnd3 byla pozorována v epiteliálních buňkách MDCK a také v lidských melanomových buňkách za použití buď onkogenní formy Ras GTPázy, která následně aktivovala signální kaskádu ERK, nebo přímo za využití konstitutivně aktivní formy proteinkinázy B-Raf. V obou případech byla signální kaskáda ERK zodpovědná za zvýšení hladiny proteinu Rnd3 (Hansen et al., 2000; Klein et al., 2008). Pro aktivaci proteinu p190-rhogap je důležitá N-koncová sekvence Lys-Glu-Arg- Arg-Ala proteinů Rnd. Tato sekvence je obsažena pouze v proteinech Rnd1 a Rnd3. U proteinu Rnd2 tato sekvence nalezena nebyla, což může být jedním z důvodů jeho malé schopnosti inhibovat Rho dráhu. Tato sekvence způsobuje zacílení proteinu p190-rhogap do lipidových raftů, tedy k periferii buňky, a také způsobuje aktivaci proteinu p190-rhogap (Oinuma et al., 2012). Aktivní forma proteinu p190-rhogap poté podporuje hydrolýzu GTP [23]
24 v komplexu RhoA-GTP a inhibuje dráhu Rho/ROCK, což má za následek zvýšenou hladinu aktivní formy cofilinu a rozrušení stresových vláken (Wennerberg et al., 2003) Inhibice funkce proteinu CdGAP Protein CdGAP je specifickým GAP proteinem a negativním regulátorem aktivity Rac1 a Cdc42 GTPáz. Dodnes nebyla prokázána inhibice RhoA GTPázy (Lamarche-Vane a Hall, 1998). Při stimulaci signální kaskády ERK pomocí růstového faktoru PDGF byla pozorována interakce proteinu CdGAP s proteinkinázou ERK. Ačkoliv protein CdGAP má více fosforylačních míst o sekvenci Pro-Xxx-Ser/Thr-Pro, pravděpodobně nejdůležitějším regulačním místem je Thr776 v prolin bohaté oblasti, který může být fosforylován jak proteinkinázou ERK1, tak ERK2. Po jeho fosforylaci dochází ke konformačním změnám a protein CdGAP již není schopen interagovat s GTPázami Rac1 a Cdc42 a inhibovat jejich funkci. Signální kaskáda ERK tedy vystupuje jako negativní regulátor proteinu CdGAP a jak autoři práce píší, podporuje vznik aktinové sítě (Tcherkezian et al., 2005). Ačkoliv nebyla přímo sledována aktivita cofilinu, lze předpokládat, že bude po stimulaci signální kaskádou ERK daleko více fosforylován Regulace na úrovni proteinů GEF Další možností vstupu signální kaskády ERK je do úrovně proteinů Rho-GEF. Zde je známa interakce mezi proteinem GEF-H1 a proteinkinázou ERK, přičemž proteinkináza ERK protein GEF-H1 aktivuje, následně dochází k aktivaci Rho GTPázy a k inaktivaci cofilinu Aktivace proteinu GEF H1 Signální kaskáda ERK je jedním z možných způsobů regulace proteinu GEF-H1. Její role v regulaci byla prokázána například jako odpověď buňky na mechanické napětí (stres). Buňka neustále snímá změny jejího podkladu skrze integriny. Pokud tedy buňka zaznamená změny v extracelulární matrix, které na ní mají deformační účinky, odpovídá na ně mimo jiné aktivací signální kaskády ERK. Ta následně přes protein GEF-H1 aktivuje signální dráhu Rho a dojde k tvorbě nových stresových vláken, které mají za úkol zpevnit buňku a odolávat tak napětí (Guilluy et al., 2011). Signální kaskáda ERK, a tedy i protein GEF-H1, může být aktivována také během zánětlivé reakce. Bylo prokázáno, že prozánětlivý cytokin TNF-α [24]
25 (Tumor necrosis factor α) je také schopen aktivovat dráhu ERK/GEF-H1/Rho a podporovat tvorbu stresových vláken (Kakiashvili et al., 2009). Signální kaskáda ERK fosforyluje protein GEF-H1 a tím reguluje jeho aktivitu. V tomto ohledu hraje kritickou roli fosforylace Thr678, nacházející se na C-konci proteinu GEF-H1. Fosforylace Thr678 vede ke zvýšené aktivitě proteinu GEF-H1, který podporuje výměnu GDP za GTP Rho GTPázy a aktivuje její signální dráhu. Protein GEF-H1 tedy negativně ovlivňuje aktivitu cofilinu tím, že aktivací Rho dráhy stimuluje jeho fosforylaci (Fujishiro et al., 2008; Martin-Martin et al., 2012) Regulace proteinů GEF a GAP proteázou calpain Jednou z možností regulace signalizace Rho GTPáz je proteolytická degradace proteinů GAP a GEF. Tohoto efektivního způsobu regulace se účastní řada proteáz, jednou z nich je i calpain. Je známo několik izoforem této proteázy, přičemž µ-calpain a m-calpain jsou v buňkách všeobecně exprimovány (Glading et al., 2002). Calpainové proteázy jsou aktivovány vápenatými ionty. Nicméně se ukázalo, že proteáza m-calpain může být aktivována také proteinkinázou ERK. Po stimulaci buněk růstovým faktorem EGF byla prokázána interakce mezi proteinkinázou ERK a proteázou m- calpain následovaná jeho fosforylací na aminokyselinovém zbytku Ser50. Tato fosforylace je pro aktivaci proteázy m-calpain dostatečná a nevyžaduje přítomnost vápenatých iontů (Glading et al., 2004). Po aktivaci může proteáza m-calpain degradovat poměrně široké spektrum proteinů, mezi kterými jsou i proteiny Tiam1 a FAK (Focal adhesion kinase). Skrze degradaci proteinkinázy FAK může proteáza m-calpain regulovat proteiny GEF a GAP Degradace proteinu Tiam1 pomocí proteázy calpain Protein Tiam1 je jedním z GEF proteinů, který dokáže aktivovat Rac1, Cdc42 i Rho GTPázy v podmínkách in vitro. Nicméně v podmínkách in vivo se zdá, že protein Tiam1 je specifický aktivátor Rac1 GTPázy (Hordijk et al., 1997). Do regulace aktivity Rac1 GTPázy může zasahovat signální kaskáda ERK, která je schopná skrze aktivaci proteázy calpain degradovat protein Tiam1, a tím dochází ke snížení aktivity Rac1 GTPázy. Ukázalo se, že pro degradaci proteinu Tiam1 je důležitá interakce s proteinkinázou Src, která jej dokáže fosforylovat na jeho aminokyselinovém zbytku Tyr384 a podmínit jeho degradaci. Fosforylovaný Tyr384 zbytek je rozeznáván komplexem SOS-Grb2, který je klíčovým faktorem pro aktivaci signální kaskády ERK. Zároveň protein Tiam1 dokáže [25]
26 interagovat svým C koncem s proteinkinázou ERK a umožňuje její aktivaci. Aktivovaná proteinkináza ERK tak může následně aktivovat proteázu calpain. Toto je důvod, proč dochází k degradaci pouze proteinu Tiam1, fosforylovaném na Tyr384. (Woodcock et al., 2009). Degradace proteinu Tiam1 snižuje aktivitu Rac1 signální dráhy a může působit pozitivně na aktivitu cofilinu (Montenegro-Venegas et al., 2010) Degradace proteinkinázy FAK pomocí proteázy calpain Focal adhesion kinase (FAK) je nereceptorová protein-tyrozinová kináza, která se účastní signalizace indukované interakcí integrinových receptorů s proteiny extracelulární matrix (ECM). Interakce integrinů s ECM vede k aktivaci proteinkinázy FAK a její lokalizaci do nově se tvořících fokálních adhezí, kde kromě jiných dějů proteinkináza FAK reguluje aktivitu Rho GTPázy. Mezi důležité regulační proteiny, se kterými proteinkináza FAK interaguje, patří proteiny p190-rhogap a p190-rhogef (Tomar a Schlaepher, 2009). Proteiny p190-rhogap a p190-rhogef jsou specifické regulátory Rho GTPázy a regulací Rho signální dráhy mění aktivitu cofilinu (Bravo-Coredo et al., 2011; Pullikuth a Catling, 2010). Do takto nastíněné signální dráhy by poté mohla zasahovat proteinkináza ERK. Signální kaskáda ERK je schopná vstupovat do regulace proteinkinázy FAK skrze její degradaci za pomoci proteázy calpain. Pokud proteinkináza Src fosforyluje proteinkinázu FAK, může docházet k tvorbě komplexu FAK-ERK-calpain, který vede ke specifické degradaci proteinkinázy FAK (Carragher et al., 2003). Ačkoliv vztah mezi proteázou calpain, proteinkinázou FAK a aktivitou cofilinu zatím nebyl popsán, může tento způsob představovat mechanizmus specifický pro regulaci aktivity cofilinu ve fokálních adhezích Regulace na úrovni Rho GTPáz Signální kaskáda ERK dokáže modulovat aktivitu přímo samotných Rho GTPáz. V tomto směru je známá regulace Rho GTPázy proteinem p27 Kip1. Dodnes nebyla popsána přímá regulace mezi proteinkinázou ERK a GTPázami Rac1 a Cdc Inhibice Rho GTPázy proteinem p27 Kip1 Protein p27 Kip1 patří mezi inhibitory cyklinů/cyklin-dependentních kináz (CDK). Jeho funkce je spojována hlavně s regulací buněčného cyklu, tedy může zablokovat buňku v G1 [26]
27 fázi a figuruje tak jako protinádorový faktor. Pro úspěšný průběh buněčného cyklu je protein p27 Kip1 následně ubiquitinován a proteolyticky degradován (Larrea et al., 2009; Polyak et al., 1994). Protože protein p27 Kip1 je schopen zastavit buněčný cyklus, musí se s tím nádorové buňky nějakým způsobem vypořádat. Jedním ze způsobů, jak zabránit interakci mezi proteinem p27 Kip1 a cykliny/cdk, spočívá v jeho exportu z jádra do cytoplazmy. Cytoplazmatická lokalizace proteinu p27 Kip1 přispívá k regulaci dynamiky aktinového cytoskeletu a reguluje buněčnou migraci (Larrea et al., 2009). Je třeba dodat, že protein p27 Kip1 může zvyšovat, ale také snižovat buněčnou motilitu. Např. protein p27 Kip1 podporuje migraci v myších embryonálních fibroblastech, naopak v endoteliálních buňkách svým vstupem do Rho signalizace migraci inhibuje (Besson et al., 2004; Goukassian et al., 2001). Protein p27 Kip1 se také podílí na vyvázání stathminu, destabilizujícího faktoru pro mikrotubuly (Larrea et al., 2009) Regulace proteinu p27 Kip1 Regulace GTPázy Rho a následně i cofilinu je v případě proteinu p27 Kip1 zprostředkována přímou interakcí mezi proteinem p27 Kip1 a GTPázou Rho, přičemž signální kaskáda ERK reguluje tuto interakci skrze proteinkinázu RSK. Proteinkináza RSK fosforyluje Thr198 proteinu p27 Kip1. Tato fosforylace má v buňce dva významy. Jednak vede k cytoplazmatické lokalizaci proteinu p27 Kip1, ale také k interakci proteinu p27 Kip1 s GTPázou RhoA. Vazba proteinu p27 Kip1 k RhoA GTPáze nebrání interakcím s efektorovými proteiny, jakým je proteinkináza ROCK, ale brání interakci RhoA GTPázy s jejími aktivátory, tedy proteiny GEF. Z tohoto důvodu postupně klesá množství Rho-GTP a narůstá množství Rho- GDP. Signální kaskáda ERK tedy působí negativně na dráhu Rho/ROCK/LIMK inhibicí funkce RhoA GTPázy. Následkem této události dochází ke snížené fosforylaci cofilinu (Besson et al., 2004; Larreaa et al., 2009) Regulace na úrovni proteinkináz ROCK, PAK Signální kaskáda ERK dokáže také regulovat aktivitu proteinkináz ROCK a PAK, efektorů rodiny Rho GTPáz. Byly objeveny tři způsoby regulace proteinkinázy ROCK. Prvním je trans-inhibice aktivity proteinkinázy ROCK díky tvorbě komplexu mezi proteinkinázami Raf1 a ROCK. Dále může být pro regulaci využíván další inhibitor [27]
INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE II
INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE II 1 VÝZNAM INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE V MEDICÍNĚ Příklad: Intracelulární signalizace: aktivace Ras proteinu (aktivace receptorové kinázy aktivace Ras aktivace kinázové kaskády
VíceStruktura a funkce biomakromolekul
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 10. Struktury signálních komplexů Ivo Frébort Typy hormonů Steroidní hormony deriváty cholesterolu, regulují metabolismus, osmotickou rovnováhu, sexuální funkce
VícePŘENOS SIGNÁLU V BUŇCE. Nela Pavlíková
PŘENOS SIGNÁLU V BUŇCE Nela Pavlíková nela.pavlikova@lf3.cuni.cz Odpovědi na otázky Co za ligand aktivuje receptor spřažený s G-proteinem obsahující podjednotku α T? Opsin. Co prochází otevřenými CNGC
VíceBUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA
BUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA MITOSA - fáze: Profáze - kondensace chromosomů - 30 nm chromatine fibres vázané na matrix Rozpad Metafáze - párové ( sesterské ) chromatidy - vázané centromerou, seřazené
VíceApoptóza Onkogeny. Srbová Martina
Apoptóza Onkogeny Srbová Martina Buněčný cyklus Regulace buněčného cyklu 1. Cyklin-dependentní kináza (Cdk) cyclin Regulace buněčného cyklu 2. Retinoblastomový protein (prb) E2F Regulace buněčného cyklu
VíceMechanismy hormonální regulace metabolismu. Vladimíra Kvasnicová
Mechanismy hormonální regulace metabolismu Vladimíra Kvasnicová Osnova semináře 1. Obecný mechanismus působení hormonů (opakování) 2. Příklady mechanismů účinku vybraných hormonů na energetický metabolismus
VíceRECEPTORY CYTOKINŮ A PŘENOS SIGNÁLU. Jana Novotná
RECEPTORY CYTOKINŮ A PŘENOS SIGNÁLU Jana Novotná Co jsou to cytokiny? Skupina proteinů a peptidů (glykopeptidů( glykopeptidů), vylučovaných živočišnými buňkami a ovlivňujících buněčný růst (též růstové
VíceZáklady molekulární biologie KBC/MBIOZ
Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ Mária Čudejková 2. Transkripce genu a její regulace Transkripce genetické informace z DNA na RNA Transkripce dvou genů zachycená na snímku z elektronového mikroskopu.
VíceRegulace enzymových aktivit
Regulace enzymových aktivit Regulace enzymových aktivit: Změny množství enzymu v kompartmentu, buňce, orgánu: - změna exprese, degradace atd. - změna lokalizace Skutečné regulace: - aktivace/inhibice nízkomolekulárními
VíceVÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ
FUNKCE PROTEINŮ 1 VÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ Příklad: protein: dystrofin onemocnění: Duchenneova svalová dystrofie 2 3 4 FUNKCE PROTEINŮ: 1. Vztah struktury a funkce proteinů 2. Rodiny proteinů
VíceBuněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky
Buněčný cyklus Replikace DNA a dělení buňky 2 Regulace buněčného dělení buněčný cyklus: buněčné dělení buněčný růst kontrola kvality potomstva (dceřinných buněk) bránípřenosu nekompletně zreplikovaných
VíceVÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ
REGULACE APOPTÓZY 1 VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ Příklad: Regulace apoptózy: protein p53 je klíčová molekula regulace buněčného cyklu a regulace apoptózy Onemocnění: více než polovina (70-75%) nádorů
VíceIntracelulární Ca 2+ signalizace
Intracelulární Ca 2+ signalizace Vytášek 2009 Ca 2+ je universální intracelulární signalizační molekula (secondary messenger), která kontroluje řadu buměčných metabolických a vývojových cest intracelulární
VíceUNIVERZITA KARLOVA V PRAZE, PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA KATEDRA BUNĚČNÉ BIOLOGIE
UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE, PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA KATEDRA BUNĚČNÉ BIOLOGIE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Molekulární mechanismy přenosu extracelulárních signálů dráhou ERK. (Molecular mechanisms of signal transduction
VíceRegulace metabolických drah na úrovni buňky
Regulace metabolických drah na úrovni buňky EB Obsah přednášky Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky regulace zajištěná kompartmentací metabolických dějů změna absolutní koncentrace
Více7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika
7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika Aby mohl mnohobuněčný organismus efektivně fungovat, je třeba, aby se jednotlivé buňky specializovaly na určité funkce. Nový jedinec přitom
VíceSTRUKTURNÍ SKUPINY ADHEZIVNÍCH MOLEKUL
STRUKTURNÍ SKUPINY ADHEZIVNÍCH MOLEKUL - INTEGRINY LIGANDY) - SELEKTINY (SACHARIDOVÉ LIGANDY) - ADHEZIVNÍ MOLEKULY IMUNOGLOBULINOVÉ SKUPINY - MUCINY (LIGANDY SELEKTIN - (CD5, CD44, SKUPINA TNF-R AJ.) AKTIVACE
Víceve srovnání s eukaryoty (životnost v řádu hodin) u prokaryot kratší (životnost v řádu minut) na životnost / stabilitu molekuly mají vliv
Urbanová Anna ve srovnání s eukaryoty (životnost v řádu hodin) u prokaryot kratší (životnost v řádu minut) na životnost / stabilitu molekuly mají vliv strukturní rysy mrna proces degradace každá mrna v
VíceStruktura a funkce biomakromolekul
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 3. Enzymy a proteinové motory Ivo Frébort Enzymová katalýza Mechanismy enzymové katalýzy o Ztráta entropie při tvorbě komplexu ES odestabilizace komplexu ES
VíceTakahashi K & Yamanaka S. Cell 126, 2006,
Obecné mechanismy buněčné signalizace Signalizace do buněčného jádra MUDr. Jan láteník, hd. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK Somatické buňky lze přeprogramovat na pluripotentní kmenové buňky! řeprogramování
VíceKosterní svalstvo tlustých a tenkých filament
Kosterní svalstvo Základní pojmy: Sarkoplazmatické retikulum zásobárna iontů vápníku - depolarizace membrány uvolnění vápníku v blízkosti kontraktilního aparátu vazba na proteiny zajišťující kontrakci
VíceBuněčný cyklus a molekulární mechanismy onkogeneze
Buněčný cyklus a molekulární mechanismy onkogeneze Imunofluorescence DAPI Přehled regulace buněčného cyklu Základní terminologie: Cycliny evolučně konzervované proteiny s homologními oblastmi; jejich
VíceIntermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová
Intermediární metabolismus Vladimíra Kvasnicová Vztahy v intermediárním metabolismu (sacharidy, lipidy, proteiny) 1. po jídle (přísun energie z vnějšku) oxidace CO 2, H 2 O, urea + ATP tvorba zásob glykogen,
VícePREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU
PREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU Podstata prezentace antigenu (MHC restrikce) byla objevena v roce 1974 V současnosti je zřejmé, že to je jeden z klíčových
VíceProteiny Genová exprese. 2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.
Proteiny Genová exprese 2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D. Bílkoviny (proteiny), 15% 1g = 17 kj Monomer = aminokyseliny aminová skupina karboxylová skupina α -uhlík postranní řetězec Znát obecný vzorec
Více2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:
Výběrové otázky: 1. Součástí všech prokaryotických buněk je: a) DNA, plazmidy b) plazmidy, mitochondrie c) plazmidy, ribozomy d) mitochondrie, endoplazmatické retikulum 2. Z následujících tvrzení, týkajících
VíceUniverzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta
Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Studijní program: Speciální chemicko-biologické obory Obor: Molekulární biologie a biochemie organizmů Miroslav Přibyl ERK1/2 MAP kináza její strukturní
VíceRegulace enzymové aktivity
Regulace enzymové aktivity MUDR. MARTIN VEJRAŽKA, PHD. Regulace enzymové aktivity Organismus NENÍ rovnovážná soustava Rovnováha = smrt Život: homeostáza, ustálený stav Katalýza v uzavřené soustavě bez
Více(Vývojová biologie) Embryologie. Jiří Pacherník
(Vývojová biologie) Embryologie Jiří Pacherník jipa@sci.muni.cz Podpořeno projektem FRVŠ 524/2011 buňka -> tkáně -> orgány -> organismus / jedinec Základní procesy na buněčné úrovni dělení buněk proliferace
VíceStruktura a funkce biomakromolekul
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 7. Interakce DNA/RNA - protein Ivo Frébort Interakce DNA/RNA - proteiny v buňce Základní dogma molekulární biologie Replikace DNA v E. coli DNA polymerasa a
VíceNEMEMBRÁNOVÉ ORGANELY. Ribosomy Centrioly (jadérko) Cytoskelet: aktinová filamenta (mikrofilamenta) intermediární filamenta mikrotubuly
NEMEMBRÁNOVÉ ORGANELY Ribosomy Centrioly (jadérko) Cytoskelet: aktinová filamenta (mikrofilamenta) intermediární filamenta mikrotubuly RIBOSOMY Částice složené z rrna a proteinů, skládají se z velké kulovité
VíceBp1252 Biochemie. #11 Biochemie svalů
Bp1252 Biochemie #11 Biochemie svalů Úvod Charakteristickou funkční vlastností svalu je schopnost kontrakce a relaxace Kontrakce následuje po excitaci vzrušivé buněčné membrány je přímou přeměnou chemické
VícePŘENOS SIGNÁLU DO BUŇKY, MEMBRÁNOVÉ RECEPTORY
PŘENOS SIGNÁLU DO BUŇKY, MEMBRÁNOVÉ RECEPTORY 1 VÝZNAM MEMBRÁNOVÝCH RECEPTORŮ V MEDICÍNĚ Příklad: Membránové receptory: adrenergní receptory (receptory pro adrenalin a noradrenalin) Funkce: zprostředkování
VíceEXTRACELULÁRNÍ SIGNÁLNÍ MOLEKULY
EXTRACELULÁRNÍ SIGNÁLNÍ MOLEKULY 1 VÝZNAM EXTRACELULÁRNÍCH SIGNÁLNÍCH MOLEKUL V MEDICÍNĚ Příklad: Extracelulární signální molekula: NO Funkce: regulace vazodilatace (nitroglycerin, viagra) 2 3 EXTRACELULÁRNÍ
VíceBuněčný cyklus, spojení se signálními cestami a molekulární mechanismy onkogeneze
Buněčný cyklus, spojení se signálními cestami a molekulární mechanismy onkogeneze MUDr. Jiří Vachtenheim, CSc. Přehled regulace buněčného cyklu Základní terminologie: Cycliny evolučně konzervované proteiny
VíceCo nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno
Co nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno Brno, 17.5.2011 Izidor (Easy Door) Osnova přednášky 1. Proč nás rakovina tolik zajímá?
VíceRich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor)
RNAi Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor) Místo silné pigmentace se objevily rostliny variegované a dokonce bílé Jorgensen pojmenoval tento fenomén
VíceMetabolismus bílkovin. Václav Pelouch
ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE 2004 Metabolismus bílkovin Václav Pelouch kapitola ve skriptech - 3.2 Výživa Vyvážená strava člověka musí obsahovat: cukry (50 55 %) tuky (30 %) bílkoviny (15 20 %)
VíceInterakce buněk s mezibuněčnou hmotou. B. Dvořánková
Interakce buněk s mezibuněčnou hmotou B. Dvořánková Obsah přednášky Buňka a její organely Extracelulární matrix Interakce buněk s ECM i navzájem Kultivace buněk in vitro Buněčné jádro Alberts: Molecular
Vícerůstu a buněčného dělění
Buněčný cyklus - principy regulace buněčného Buněčný cyklus - principy regulace buněčného růstu a buněčného dělění Mitóza Průběh mitózy v buněčné kultuře fibroblastů Buněčný cyklus Kinázy závislé na cyklinech
VíceTyranovec královský Onychorhynchus coronatus SIGNALIZACE BUNĚČNÁ. B10, 2015/2016 Ivan Literák
BUNĚČNÁ SIGNALIZACE Tyranovec královský Onychorhynchus coronatus B10, 2015/2016 Ivan Literák BUNĚČNÁ SIGNALIZACE BUNĚČNÁ SIGNALIZACE - reakce na podněty z okolí - komunikace s jinými buňkami - souhra buněk
VíceObecný metabolismus.
mezioborová integrace výuky zaměřená na rostlinnou biochemii a fytopatologii CZ.1.07/2.2.00/28.0171 Obecný metabolismus. Regulace glykolýzy a glukoneogeneze (5). Prof. RNDr. Pavel Peč, CSc. Katedra biochemie,
VíceGymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115
Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115 Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0410 Číslo šablony: V/2 - inovace směřující k rozvoji odborných kompetencí Název materiálu: Buněčný cyklus
VíceProtinádorová imunita. Jiří Jelínek
Protinádorová imunita Jiří Jelínek Imunitní systém vs. nádor l imunitní systém je poslední přirozený nástroj organismu jak eliminovat vlastní buňky které se vymkly kontrole l do boje proti nádorovým buňkám
VíceExprese genetické informace
Exprese genetické informace Tok genetické informace DNA RNA Protein (výjimečně RNA DNA) DNA RNA : transkripce RNA protein : translace Gen jednotka dědičnosti sekvence DNA nutná k produkci funkčního produktu
VíceBakalářské práce. Magisterské práce. PhD práce
Bakalářské práce Magisterské práce PhD práce Témata bakalářských prací na školní rok 2015-2016 1 Název Funkční analýza jaderných proteinů fosforylovaných pomocí mitogenaktivovaných proteinkináz. Školitel
VíceRůst a vývoj rostlin - praktikum MB130C78
Růst a vývoj rostlin - praktikum MB130C78 Blok 3 Role aktinového cytoskeletu v morfogenezi rostlinných buněk - analýza fenotypu Úlohy: 1. Kvantifikace počtu zkroucených a správně tvarovaných trichomů u
VíceMolekulární mechanismy řídící expresi proteinů
Molekulární mechanismy řídící expresi proteinů Aleš ampl Proteiny Proteios - první místo (řecky) = Bílkoviny u většiny buněčných typů tvoří nejméně 50% jejich suché hmoty hrají klíčovou úlohu ve většině
VíceBílkoviny a rostlinná buňka
Bílkoviny a rostlinná buňka Bílkoviny Rostliny --- kontinuální diferenciace vytváření orgánů: - mitotická dělení -zvětšování buněk a tvorba buněčné stěny syntéza bílkovin --- fotosyntéza syntéza bílkovin
VíceToxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.
Toxikodynamika toxikodynamika (řec. δίνευω = pohánět, točit) interakce xenobiotika s cílovým místem (buňkou, receptorem) biologická odpověď jak xenobiotikum působí na organismus toxický účinek nespecifický
VíceBuněčný cyklus. When a cell arises, there must be a previous cell, just as animals can only arise from animals and plant from plants.
Buněčný cyklus When a cell arises, there must be a previous cell, just as animals can only arise from animals and plant from plants. (Rudolf Wirchow, 1858) Buněčný cyklus cyklus buněčných procesů začínajících
VíceB9, 2015/2016, I. Literák, V. Oravcová CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY
B9, 2015/2016, I. Literák, V. Oravcová CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY mikrotubuly střední filamenta aktinová vlákna CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY funkce cytoskeletu - udržovat
VíceÚloha GIT-PIX signální kazety při regulaci cytoskeletu
Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Speciální chemicko-biologické obory Molekulární biologie a biochemie organismů Karel Beránek Úloha GIT-PIX signální kazety při regulaci cytoskeletu Role
VíceStruktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 2. Posttranslační modifikace a skládání proteinů Ivo Frébort Biosyntéza proteinů Kovalentní modifikace proteinů Modifikace proteinu může nastat předtím než je
VíceTyranovec královský Onychorhynchus coronatus SIGNALIZACE BUNĚČNÁ. B11, 2016/2017 Ivan Literák
BUNĚČNÁ SIGNALIZACE Tyranovec královský Onychorhynchus coronatus B11, 2016/2017 Ivan Literák BUNĚČNÁ SIGNALIZACE BUNĚČNÁ SIGNALIZACE - reakce na podněty z okolí - komunikace s jinými buňkami - souhra buněk
VíceFarmakologie. -věda o lécích používaných v medicíně -studium účinku látek na fyziologické procesy -biochemie s jasným cílem
Farmakologie -věda o lécích používaných v medicíně -studium účinku látek na fyziologické procesy -biochemie s jasným cílem Léky co v organismu ovlivňují? Většina léků působí přes vazbu na proteiny u nichž
VíceInovace studia molekulární a buněčné biologie
Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. MBIO1/Molekulární biologie 1 Tento projekt je spolufinancován
VíceElementy signálních drah. cíle protinádorové terapie
Elementy signálních drah cíle protinádorové terapie Martin Pešta, Ondřej Topolčan Department of Internal Medicine II, Faculty of Medicine in Pilsen, Charles University in Prague, Czech Republic Cílená
VíceJaderné receptory. ligand. cytoplazmatická membrána. jaderný receptor DNA. - ligandem aktivované transkripční faktory
Jaderné receptory Jaderné receptory - ligandem aktivované transkripční faktory - pokud není znám ligand ORPHAN receptors - ligand nalezen adopted orphan ligand DNA cytoplazmatická membrána jaderný receptor
VíceSpecifická imunitní odpověd. Veřejné zdravotnictví
Specifická imunitní odpověd Veřejné zdravotnictví MHC molekuly glykoproteiny exprimovány na všech jaderných buňkách (MHC I) nebo jenom na antigen prezentujících buňkách (MHC II) u lidí označovány jako
VíceDUM č. 11 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika
projekt GML Brno Docens DUM č. 11 v sadě 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika Autor: Martin Krejčí Datum: 30.06.2014 Ročník: 6AF, 6BF Anotace DUMu: Princip genové exprese, intenzita překladu
VíceStruktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 2. Posttranslační modifikace a skládání proteinů Ivo Frébort Biosyntéza proteinů Kovalentní modifikace proteinů Modifikace proteinu může nastat předtím než je
VíceUniverzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta
Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta Tkáň svalová. Obecná charakteristika hladké a příčně pruhované svaloviny (kosterní a srdeční). Funkční morfologie myofibrily. Mechanismus kontrakce. Stavba
VíceFyziologie srdce I. (excitace, vedení, kontrakce ) Milan Chovanec Ústav fyziologie 2.LF UK
Fyziologie srdce I. (excitace, vedení, kontrakce ) Milan Chovanec Ústav fyziologie 2.LF UK Fyziologie srdce Akční potenciál v srdci (pracovní myokard) Automacie srdeční aktivity a převodní systém Mechanismus
VíceVýzkumný ústav veterinárního lékařství v Brně
LIPIDY: FUNKCE, IZOLACE, SEPARACE, DETEKCE FOSFOLIPIDY chemické složení a funkce v buněčných membránách; metody stanovení fosfolipidů fosfolipázy - produkty reakcí (ceramid, DAG = 2nd messengers) a stanovení
VíceTranslace (druhý krok genové exprese)
Translace (druhý krok genové exprese) Od RN k proteinu Milada Roštejnská Helena Klímová 1 enetický kód trn minoacyl-trn-synthetasa Translace probíhá na ribosomech Iniciace translace Elongace translace
Více5) Fyziologie rostlinných hormonů auxinů: receptory a signální dráhy
SFZR 1 2014 5) Fyziologie rostlinných hormonů auxinů: receptory a signální dráhy a) Auxinový receptor TIR1 b) Auxinový receptor ABP1 c) Kooperace receptorů TIR1 a ABP1 Estelle M et al. (2011) Auxin Signaling:
VíceThe cell biology of rabies virus: using stealth to reach the brain
The cell biology of rabies virus: using stealth to reach the brain Matthias J. Schnell, James P. McGettigan, Christoph Wirblich, Amy Papaneri Nikola Skoupá, Kristýna Kolaříková, Agáta Kubíčková Historie
VíceBiologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat
Biologie buňky 1665 - Robert Hook (korek, cellulae = buňka) Cytologie - věda zabývající se studiem buňek Buňka ozákladní funkční a stavební jednotka živých organismů onejmenší známý uspořádaný dynamický
VíceBuněčný cyklus - principy regulace buněčného růstu a buněčného dělění
Buněčný cyklus - principy regulace buněčného růstu a buněčného dělění Mitóza Dr. B. Duronio, The University of North Carolina at Chapel Hill Buněčný cyklus Kinázy závislé na cyklinech kontrolují buněčný
VíceUniverzita Karlova v Praze
Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Katedra buněčné biologie In vitro analýza améboidně-mezenchymálního přechodu A375M2 melanomových buněk In vitro analysis of amoeboid-mesenchymal transition
VíceMolekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk. Aleš Hampl
Molekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk Aleš Hampl Tkáně Orgány Živé buňky, které plní různé funkce (podpora struktury, přijímání živin, lokomoce,
VíceAMPK AMP) Tomáš Kuc era. Ústav lékar ské chemie a klinické biochemie 2. lékar ská fakulta, Univerzita Karlova v Praze
AMPK (KINASA AKTIVOVANÁ AMP) Tomáš Kuc era Ústav lékar ské chemie a klinické biochemie 2. lékar ská fakulta, Univerzita Karlova v Praze 2013 AMPK PROTEINKINASA AKTIVOVANÁ AMP přítomna ve všech eukaryotních
VíceZáklady molekulární biologie KBC/MBIOZ
Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ Mária Majeská Čudejková 3. Proteosyntéza Centrální dogma molekulární biologie Rozluštění genetického kódu in vitro Marshall Nirenberg a Heinrich Matthaei zjistili,
VíceZáklady buněčné signalizace
Základy buněčné signalizace MUDr. Jan láteník, hd. Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky 1.LF UK Uměle zkonstruovaný myší zub Ikeda e. et al.: Fully functional bioengineered tooth replacement
VíceIV117: Úvod do systémové biologie
IV117: Úvod do systémové biologie David Šafránek 29.10.2008 Obsah Spojitý deterministický model transkripční regulace Obsah Spojitý deterministický model transkripční regulace Schema transkripční regulace
VíceStruktura proteinů. - testík na procvičení. Vladimíra Kvasnicová
Struktura proteinů - testík na procvičení Vladimíra Kvasnicová Mezi proteinogenní aminokyseliny patří a) kyselina asparagová b) kyselina glutarová c) kyselina acetoctová d) kyselina glutamová Mezi proteinogenní
VíceŘízení dějů v buňce. Buněčná signalizace - soubor dějů - mají podíl na vzájemné komunikaci buněk
Řízení dějů v buňce Buněčná signalizace - soubor dějů - mají podíl na vzájemné komunikaci buněk Endogenní signalizace - signální molekuly (ligandy) jsou vylučovány buňkou (např. růstový faktor, cytokin
VíceBuněčné dělení ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU
BUNĚČNÝ CYKLUS Buněčné dělení Cykliny a na cyklinech závislé proteinkinázy (Cyclin- Dependent Protein Kinases; Cdk-proteinkinázy) - proteiny, které jsou součástí řídícího systému buněčného cyklu 8 cyklinů
VíceÚvod do molekulární biologie
1 Úvod do molekulární biologie Slavomír Rakouský JU ZSF Tyto texty jsou určeny pouze pro studijní účely (přednášek kurzu Úvod do molekulární biologie) studentů 1. ročníku JU ZSF. Jejich další šíření, publikování
VíceHořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku
Hořčík Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku Příjem a pohyb v rostlině Příjem jako ion Mg 2+, pasivní, iont. kanály Mobilní ion v xylému i ve floému, možná retranslokace V místě funkce vázán
VíceTypy molekul, látek a jejich vazeb v organismech
Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech Organismy se skládají z molekul rozličných látek Jednotlivé látky si organismus vytváří sám z jiných látek,
VíceTUBULIN-FOLDING COFACTOR A (TFC A) u Arabidopsis
TUBULIN-FOLDING COFACTOR A (TFC A) u Arabidopsis Mikrotubuly Formace heterodimerů α/βtubulinu Translace α a β -tubulin monomerů chaperonin c-cpn správný folding α-tubulin se váže na TFC B a β na TFC
VíceBUNĚČNÁ TRANSFORMACE A NÁDOROVÉ BUŇKY
BUNĚČNÁ TRANSFORMACE A NÁDOROVÉ BUŇKY 1 VÝZNAM BUNĚČNÉ TRANSFORMACE V MEDICÍNĚ Příklad: Buněčná transformace: postupná kumulace genetických změn Nádorové onemocnění: kolorektální karcinom 2 3 BUNĚČNÁ TRANSFORMACE
VíceBuněčné jádro a viry
Buněčné jádro a viry Struktura virionu Obal kapsida strukturni proteiny povrchove glykoproteiny interakce s receptorem na povrchu buňky uvnitř nukleocore (ribo )nukleova kyselina, virove proteiny Lokalizace
VíceFyziologická regulační medicína
Fyziologická regulační medicína Otevírá nové obzory v medicíně! Pacienti hledající dlouhodobou léčbu bez nežádoucích účinků mohou být nyní uspokojeni! 1 FRM italská skupina Zakladatelé GUNY 2 GUNA-METODA
VíceSenescence v rozvoji a léčbě nádorů. Řezáčová Martina
Senescence v rozvoji a léčbě nádorů Řezáčová Martina Replikační senescence Alexis Carrel vs. Leonard Hayflick and Paul Moorhead Diferencované bb mohou prodělat pouze omezený počet dělení - Hayflickův limit
VícePřeměna chemické energie v mechanickou
Přeměna chemické energie v mechanickou Molekulám schopným této energetické přeměny se říká molekulární motory. Nejklasičtějším příkladem je svalový myosin (posouvá se po aktinu), ale patří sem i ATP-syntáza
VíceBunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození
Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození bunka - stejná genetická výbava - funkce (proliferace, produkce látek atd.) závisí na diferenciaci diferenciace tkán - specializovaná produkce
Víceoběma.tkáně jsou spojeny dohromady v různých kombinacích a tvoří funkční jednotky - orgány
BUNĚČNÉ SPOJE A ADHEZE Většina buněk v mnohobuněčném organismu je organizována do kooperativních spojení - tkání a ty jsou sloučeny v různých kombinacích do větších funkčních jednotek - orgánů. Buňky v
Více8 cyklinů (A, B, C, D, E, F, G a H) - v jednotlivých fázích buněčného cyklu jsou přítomny určité typy cyklinů
Buněč ěčné dělení BUNĚČ ĚČNÝ CYKLUS ŘÍZENÍ BUNĚČ ĚČNÉHO CYKLU cykliny a na cyklinech závislé proteinkinázy (Cyclin-Dependent Protein Kinases; Cdk-proteinkinázy) - proteiny, které jsou součástí řídícího
VíceTerapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů
Transfekce, elektroporace, retrovirová infekce Vnesení genů Vrstva fibroblastů, LIF Terapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů Selekce ES buněk, v nichž došlo k začlenění vneseného genu homologní rekombinací
VíceEndocytóza o regulovaný transport látek v buňce
. Endocytóza o regulovaný transport látek v buňce Exocytóza BUNĚČNÝ CYKLUS OMNIS CELLULA ET CELLULA - buňka vzniká jen z buňky Sled akcí, ve kterých buňka zdvojí svůj obsah a pak se rozdělí systém regulace
VíceKomplementový systém a nespecifická imunita. Jana Novotná Ústav lékařské chemie a biochemie 2 LF UK
Komplementový systém a nespecifická imunita Jana Novotná Ústav lékařské chemie a biochemie 2 LF UK IMUNITA = OBRANA 1. Rozpoznání vlastní a cizí 2. Specifičnost imunitní odpovědi 3. Paměť zachování specifických
VíceCytometrická detekce intracelulárních signalizačních proteinů
Cytometrická detekce intracelulárních signalizačních proteinů Proč? Ačkoli značení povrchových antigenů může dobře charakterizovat různé buněčné populace, neposkytuje nám informace o funkční odpovědi buňky
VíceBiosyntéza a degradace proteinů. Bruno Sopko
Biosyntéza a degradace proteinů Bruno Sopko Obsah Proteosyntéza Post-translační modifikace Degradace proteinů Proteosyntéza Tvorba aminoacyl-trna Iniciace Elongace Terminace Tvorba aminoacyl-trna Aminokyselina
VíceVAKUOLA. membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast. běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost
VAKUOLA membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost VAKUOLA Funkce: uložiště odpadů a uskladnění chemických látek (fenolické
Vícearise from animals and plant from
Buněčný cyklus When a cell arises, there must be a previous cell, just as animals can only arise from animals and plant from plants. (Rudolf Wirchow, 1858) Jediným způsobem jak může vzniknou nová buňka
VíceMolekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA
Molekulární základy dědičnosti Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA Ústřední dogma molekulární genetiky - vztah mezi nukleovými kyselinami a proteiny proteosyntéza replikace DNA RNA
Více